जलविद्युत उत्पादन, जलविद्युत उपकरण र हाइड्रोलिक संरचनाहरूको सिंहावलोकन

१, जलविद्युत उत्पादनको सिंहावलोकन
जलविद्युत उत्पादन भनेको प्राकृतिक नदीहरूको पानी ऊर्जालाई मानिसहरूले प्रयोग गर्नको लागि विद्युतीय ऊर्जामा रूपान्तरण गर्नु हो। पावर स्टेशनहरूले प्रयोग गर्ने ऊर्जा स्रोतहरू विविध छन्, जस्तै सौर्य ऊर्जा, नदीहरूको पानी ऊर्जा, र हावा प्रवाहबाट उत्पन्न हुने वायु ऊर्जा। जलविद्युत प्रयोग गरेर जलविद्युत उत्पादनको लागत सस्तो छ, र जलविद्युत स्टेशनहरूको निर्माणलाई अन्य जल संरक्षण उपक्रमहरूसँग पनि जोड्न सकिन्छ। चीन जलस्रोतमा धनी छ र उत्कृष्ट अवस्थाहरू छन्। राष्ट्रिय आर्थिक निर्माणमा जलविद्युतले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ।
नदीको माथिल्लो भागको पानीको स्तर यसको तलतिरको पानीको स्तर भन्दा बढी हुन्छ। नदीको पानीको स्तर बीचको भिन्नताको कारणले गर्दा, पानीको ऊर्जा उत्पन्न हुन्छ। यो ऊर्जालाई सम्भाव्य ऊर्जा वा सम्भाव्य ऊर्जा भनिन्छ। नदीको पानीको सतहको उचाइ बीचको भिन्नतालाई थोपा भनिन्छ, जसलाई पानीको स्तर भिन्नता वा टाउको पनि भनिन्छ। यो थोपा हाइड्रोलिक पावरको लागि आधारभूत अवस्था हो। थप रूपमा, पानीको शक्तिको आकार नदीमा पानीको प्रवाहको आकारमा पनि निर्भर गर्दछ, जुन थोपा जत्तिकै महत्त्वपूर्ण अर्को आधारभूत अवस्था हो। थोपा र डिस्चार्ज दुवैले हाइड्रोलिक पावरको आकारलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ; पानीको झरना जति ठूलो हुन्छ, हाइड्रोलिक पावर त्यति नै ठूलो हुन्छ; यदि थोपा र पानीको मात्रा तुलनात्मक रूपमा सानो छ भने, जलविद्युत स्टेशनको उत्पादन सानो हुनेछ।
थोपालाई सामान्यतया मिटरमा व्यक्त गरिन्छ। पानीको सतहको ढाँचा भनेको थोपा र दूरीको अनुपात हो, जसले थोपाको सांद्रताको डिग्रीलाई संकेत गर्न सक्छ। यदि थोपा तुलनात्मक रूपमा केन्द्रित छ भने, पानीको शक्तिको उपयोग बढी सुविधाजनक हुन्छ। जलविद्युत स्टेशनले प्रयोग गर्ने थोपा भनेको हाइड्रोलिक टर्बाइनबाट गुज्रेपछि जलविद्युत स्टेशनको माथिल्लो पानीको सतह र डाउनस्ट्रीम पानीको सतह बीचको भिन्नता हो।
प्रवाह भनेको एकाइ समयमा नदीबाट बग्ने पानीको मात्रा हो, जुन प्रति सेकेन्ड घनमिटरमा व्यक्त गरिन्छ। एक घनमिटर पानी एक टन हुन्छ। नदीको प्रवाह कुनै पनि समयमा र जहाँसुकै परिवर्तन हुन्छ, त्यसैले जब हामी प्रवाहको बारेमा कुरा गर्छौं, हामीले यो बग्ने विशिष्ट स्थानको समय व्याख्या गर्नुपर्छ। प्रवाह समयमा उल्लेखनीय रूपमा परिवर्तन हुन्छ। सामान्यतया, चीनका नदीहरूमा गर्मी, शरद र वर्षायाममा ठूलो प्रवाह हुन्छ, तर जाडो र वसन्तमा सानो प्रवाह हुन्छ। प्रवाह महिना-दिन फरक हुन्छ, र पानीको मात्रा वर्ष-वर्ष फरक हुन्छ। सामान्य नदीहरूको प्रवाह माथिल्लो भागमा अपेक्षाकृत सानो हुन्छ; सहायक नदीहरू मिल्दाजुल्दा, तलको प्रवाह बिस्तारै बढ्छ। त्यसकारण, माथिल्लो भागको थोपा केन्द्रित भए पनि, प्रवाह सानो हुन्छ; तलको प्रवाह ठूलो भए पनि, थोपा अपेक्षाकृत छरिएको हुन्छ। त्यसकारण, नदीको बीचको भागमा पानीको शक्ति प्रयोग गर्नु प्रायः सबैभन्दा किफायती हुन्छ।
जलविद्युत स्टेशनले प्रयोग गर्ने ड्रप र फ्लो थाहा पाएर, यसको आउटपुट निम्न सूत्रद्वारा गणना गर्न सकिन्छ:
N= GQH
सूत्रमा, N – आउटपुट, एकाइ: kW, जसलाई पावर पनि भनिन्छ;
Q — प्रवाह, प्रति सेकेन्ड घन मिटरमा;
H — मिटरमा ड्रप;
G=९.८, गुरुत्वाकर्षणको प्रवेग हो, न्यूटन/किग्रामा
माथिको सूत्र अनुसार सैद्धान्तिक शक्ति गणना गरिन्छ, र कुनै पनि घाटा घटाइँदैन। वास्तवमा, जलविद्युत उत्पादनको प्रक्रियामा, पानी टर्बाइनहरू, प्रसारण उपकरणहरू, जेनेरेटरहरू, आदिमा अपरिहार्य शक्ति घाटा हुन्छ। त्यसकारण, सैद्धान्तिक शक्तिलाई छुट दिनुपर्छ, अर्थात्, हामीले प्रयोग गर्न सक्ने वास्तविक शक्तिलाई दक्षता गुणांक (प्रतीक: K) ले गुणन गर्नुपर्छ।
जलविद्युत स्टेशनमा डिजाइन गरिएको जेनेरेटरको शक्तिलाई मूल्याङ्कन गरिएको शक्ति भनिन्छ, र वास्तविक शक्तिलाई वास्तविक शक्ति भनिन्छ। ऊर्जा रूपान्तरणको प्रक्रियामा, केही ऊर्जा गुमाउनु अपरिहार्य छ। जलविद्युत उत्पादनको प्रक्रियामा, मुख्यतया हाइड्रोलिक टर्बाइन र जेनेरेटरहरूको क्षति हुन्छ (पाइपलाइनको क्षति सहित)। ग्रामीण सूक्ष्म जलविद्युत स्टेशनहरूमा, विभिन्न क्षतिहरू कुल सैद्धान्तिक शक्तिको ४०~५०% हुन्छन्, त्यसैले जलविद्युत स्टेशनहरूको उत्पादनले सैद्धान्तिक शक्तिको ५०~६०% मात्र प्रयोग गर्न सक्छ, अर्थात्, दक्षता लगभग ०.५~०.६० हुन्छ (०.७०~०.८५ को टर्बाइन दक्षता, ०.८५~०.९० को जेनेरेटर दक्षता, र ०.८०~०.८५ को पाइप र प्रसारण उपकरण दक्षता सहित)। त्यसकारण, जलविद्युत स्टेशनको वास्तविक शक्ति (आउटपुट) निम्नानुसार गणना गर्न सकिन्छ:
लघु जलविद्युत स्टेशनको मोटामोटी गणनाको लागि K - जलविद्युत स्टेशनको दक्षता, (०.५~०.६) अपनाइन्छ; माथिको सूत्रलाई यसरी सरलीकृत गर्न सकिन्छ:
N=(०.५ ~ ०.६) QHG वास्तविक शक्ति = दक्षता × प्रवाह × ड्रप × नौ अंक आठ
जलविद्युतको प्रयोग भनेको पानीको प्रयोग गरी एक प्रकारको मेसिनरी चलाउनु हो, जसलाई पानी टर्बाइन भनिन्छ। उदाहरणका लागि, चीनमा प्राचीन पानीको पाङ्ग्रा एक धेरै साधारण पानीको पाङ्ग्रा हो। अहिले प्रयोग हुने विभिन्न हाइड्रोलिक टर्बाइनहरू विभिन्न विशिष्ट हाइड्रोलिक अवस्थाहरूमा अनुकूलित हुन्छन्, जसले गर्दा तिनीहरू अझ प्रभावकारी रूपमा घुम्न सक्छन् र पानीको ऊर्जालाई यान्त्रिक ऊर्जामा परिणत गर्न सक्छन्। अर्को मेसिन, जेनेरेटर, पानीको टर्बाइनसँग जेनेरेटरको रोटर घुमाउन जोडिएको हुन्छ, र त्यसपछि बिजुली उत्पादन गर्न सकिन्छ। जेनेरेटरलाई दुई भागमा विभाजन गर्न सकिन्छ: हाइड्रोलिक टर्बाइनसँग घुम्ने भाग र जेनेरेटरको स्थिर भाग। हाइड्रोलिक टर्बाइनसँग घुम्ने भागलाई जेनेरेटरको रोटर भनिन्छ, र रोटरको वरिपरि धेरै चुम्बकीय ध्रुवहरू हुन्छन्; रोटरको वरिपरिको घेरा जेनेरेटरको स्थिर भाग हो, जसलाई जेनेरेटरको स्टेटर भनिन्छ। स्टेटर धेरै तामाको कुण्डलीहरूले बेरिएको हुन्छ। जब रोटरका धेरै चुम्बकीय ध्रुवहरू स्टेटरको तामाको कुण्डलीको बीचमा घुम्छन्, तामाको तारमा करेन्ट उत्पन्न हुनेछ, र जेनेरेटरले यान्त्रिक ऊर्जालाई विद्युतीय ऊर्जामा रूपान्तरण गर्नेछ।
पावर स्टेशनबाट उत्पन्न हुने विद्युतीय ऊर्जा विभिन्न विद्युतीय उपकरणहरूबाट यान्त्रिक ऊर्जा (मोटर वा मोटर), प्रकाश ऊर्जा (विद्युतीय बत्ती), ताप ऊर्जा (विद्युतीय भट्टी) आदिमा परिणत हुन्छ।

२, जलविद्युत स्टेशनको संरचना
जलविद्युत स्टेशनमा हाइड्रोलिक संरचना, मेकानिकल उपकरण र विद्युतीय उपकरणहरू हुन्छन्।
(१) हाइड्रोलिक संरचनाहरू
यसमा बाँध (बाँध), इन्टेक गेट, च्यानल (वा सुरुङ), फोरबे (वा रेगुलेटिंग ट्याङ्की), पेनस्टक, पावर हाउस र टेलरेस आदि समावेश छन्।
नदीलाई रोक्न, पानीको सतह माथि उठाउन र जलाशय बनाउन नदीमा बाँध (बाँध) बनाउनुहोस्। यसरी, बाँध (बाँध) मा रहेको जलाशयको पानीको सतहबाट बाँध मुनिको नदीको पानीको सतहमा एक केन्द्रित थोपा बनाइन्छ, र त्यसपछि पानी पाइप वा सुरुङहरू मार्फत जलविद्युत स्टेशनमा पानी प्रवेश गरिन्छ। ठाडो नदी च्यानलमा, डाइभर्सन च्यानलहरूको प्रयोगले पनि थोपा बनाउन सक्छ। उदाहरणका लागि, प्राकृतिक नदीको थोपा प्रति किलोमिटर १० मिटर हुन्छ। यदि पानी परिचय गराउन नदीको यस खण्डको माथिल्लो छेउमा च्यानल खोलियो भने, च्यानल नदीको छेउमा उत्खनन गरिनेछ, र च्यानलको ढाँचा समतल हुनेछ। यदि च्यानलमा थोपा प्रति किलोमिटर मात्र १ मिटर छ भने, पानी च्यानलमा ५ किलोमिटर बग्नेछ, र पानी केवल ५ मिटर खस्नेछ, जबकि प्राकृतिक नदीमा ५ किलोमिटर हिँडेपछि पानी ५० मिटर खस्नेछ। यस समयमा, च्यानलमा रहेको पानीलाई नदीले पानीको पाइप वा सुरुङहरू प्रयोग गरेर पावर हाउसमा फिर्ता पुर्‍याउँछ, र त्यहाँ ४५ मिटर गाढा थोपा हुन्छ जुन बिजुली उत्पादन गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।
एक जलविद्युत स्टेशन जसले डाइभर्सन च्यानलहरू, सुरुङहरू वा पानी पाइपहरू (जस्तै प्लास्टिक पाइपहरू, स्टील पाइपहरू, कंक्रीट पाइपहरू, आदि) प्रयोग गरेर गाढा थोपा बनाउँछ, त्यसलाई डाइभर्सन च्यानल प्रकारको जलविद्युत स्टेशन भनिन्छ, जुन जलविद्युत स्टेशनहरूको एक विशिष्ट लेआउट हो।
(२) मेकानिकल र विद्युतीय उपकरण
माथि उल्लेखित हाइड्रोलिक कार्यहरू (बाँध, नहर, फोरबे, पेनस्टक र पावरहाउस) को अतिरिक्त, जलविद्युत स्टेशनलाई निम्न उपकरणहरू पनि आवश्यक पर्दछ:
(१) मेकानिकल उपकरण
त्यहाँ हाइड्रोलिक टर्बाइन, गभर्नर, गेट भल्भ, ट्रान्समिसन उपकरण र गैर-विद्युत उत्पादन उपकरणहरू छन्।
(२) विद्युतीय उपकरण
त्यहाँ जेनेरेटर, वितरण नियन्त्रण प्यानल, ट्रान्सफर्मर, प्रसारण लाइन, आदि छन्।
यद्यपि, सबै साना जलविद्युत स्टेशनहरूमा माथि उल्लेखित हाइड्रोलिक संरचनाहरू र मेकानिकल र विद्युतीय उपकरणहरू हुँदैनन्। यदि ६ मिटर भन्दा कम पानीको टाउको भएको कम टाउको भएको जलविद्युत स्टेशनले सामान्यतया डाइभर्सन च्यानल र खुला च्यानल डाइभर्सन चेम्बरको तरिका अपनाउँछ भने, त्यहाँ कुनै फोरबे र पेनस्टक हुनेछैन। सानो पावर सप्लाई दायरा र छोटो प्रसारण दूरी भएको पावर स्टेशनले ट्रान्सफर्मर बिना प्रत्यक्ष प्रसारण अपनाउँछ। जलाशय भएका जलविद्युत स्टेशनहरूले बाँध निर्माण गर्न आवश्यक पर्दैन। गहिरो पानी इनलेट अपनाइन्छ, र बाँधको भित्री पाइप (वा सुरुङ) र स्पिलवेमा वेयर, इन्टेक गेट, च्यानल र फोरबे जस्ता हाइड्रोलिक संरचनाहरू प्रयोग गर्न आवश्यक पर्दैन।
जलविद्युत स्टेशन निर्माण गर्न, पहिले सावधानीपूर्वक सर्वेक्षण र डिजाइन गर्नुपर्छ। डिजाइनमा तीन डिजाइन चरणहरू छन्: प्रारम्भिक डिजाइन, प्राविधिक डिजाइन र निर्माण विवरणहरू। डिजाइनमा राम्रो काम गर्नको लागि, हामीले पहिले पूर्ण सर्वेक्षण गर्नुपर्छ, अर्थात्, स्थानीय प्राकृतिक र आर्थिक अवस्थाहरू - अर्थात्, स्थलाकृति, भूगर्भ, जलविज्ञान, पूँजी, आदि पूर्ण रूपमा बुझ्नुपर्छ। यी अवस्थाहरूमा महारत हासिल गरेपछि र तिनीहरूलाई विश्लेषण गरेपछि मात्र डिजाइनको शुद्धता र विश्वसनीयताको ग्यारेन्टी गर्न सकिन्छ।
विभिन्न प्रकारका जलविद्युत स्टेशनहरू अनुसार साना जलविद्युत स्टेशनहरूका घटकहरू विभिन्न रूपहरू हुन्छन्।

३, स्थलाकृतिक सर्वेक्षण
परियोजनाको रूपरेखा र परिमाणको अनुमानमा स्थलाकृतिक सर्वेक्षणको गुणस्तरको ठूलो प्रभाव पर्दछ।
भूगर्भीय अन्वेषण (भौगोलिक अवस्थाको बुझाइ) को लागि बेसिन भूगर्भ र नदी किनारको भूगर्भको बारेमा सामान्य बुझाइ र अनुसन्धान मात्र आवश्यक पर्दैन, तर मेसिन कोठाको जग बलियो छ कि छैन भनेर पनि बुझ्नु आवश्यक छ, जसले पावर स्टेशनको सुरक्षामा प्रत्यक्ष असर गर्छ। एक पटक निश्चित जलाशय भएको ब्यारेज नष्ट भएपछि, यसले जलविद्युत स्टेशनलाई मात्र क्षति पुर्‍याउँदैन, तर डाउनस्ट्रीममा ठूलो मात्रामा जीवन र सम्पत्तिको क्षति पनि निम्त्याउँछ। त्यसकारण, फोरबेको भौगोलिक चयनलाई सामान्यतया पहिलो स्थानमा राखिन्छ।

४, जलमिति
जलविद्युत स्टेशनहरूको लागि, सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण जलविद्युत डेटा नदीको पानीको स्तर, प्रवाह, तलछट सांद्रता, आइसिङ, मौसम विज्ञान डेटा र बाढी सर्वेक्षण डेटाको रेकर्ड हो। नदीको प्रवाहको आकारले जलविद्युत स्टेशनको स्पिलवेको लेआउटलाई असर गर्छ, र बाढीको गम्भीरतालाई कम आँकलन गरिन्छ, जसले बाँधको विनाश निम्त्याउँछ; नदीले बोकेको तलछटले सबैभन्दा खराब अवस्थामा जलाशयलाई छिटो भर्न सक्छ। उदाहरणका लागि, च्यानलमा प्रवाहले च्यानल सिल्टेशन निम्त्याउनेछ, र मोटो तलछट हाइड्रोलिक टर्बाइनबाट जान्छ र हाइड्रोलिक टर्बाइनको घिसार निम्त्याउँछ। त्यसकारण, जलविद्युत स्टेशनहरूको निर्माणमा पर्याप्त जलविद्युत डेटा हुनुपर्छ।
तसर्थ, जलविद्युत स्टेशन निर्माण गर्ने निर्णय गर्नु अघि, विद्युत आपूर्ति क्षेत्रमा आर्थिक विकासको दिशा र भविष्यमा हुने बिजुलीको मागको अनुसन्धान र अध्ययन गर्न आवश्यक छ। साथै, विकास क्षेत्रमा रहेका अन्य ऊर्जा स्रोतहरूको अवस्थाको अनुमान गर्नुहोस्। माथिका अवस्थाहरूको अध्ययन र विश्लेषण गरेपछि मात्र हामी जलविद्युत स्टेशन निर्माण गर्न आवश्यक छ कि छैन र निर्माण स्केल कति ठूलो हुनुपर्छ भन्ने निर्णय गर्न सक्छौं।
सामान्यतया, जलविद्युत सर्वेक्षणको उद्देश्य जलविद्युत स्टेशनहरूको डिजाइन र निर्माणको लागि आवश्यक सही र भरपर्दो आधारभूत तथ्याङ्क प्रदान गर्नु हो।

५, चयन गरिएको स्टेशन साइटको सामान्य अवस्था
स्टेशन स्थल छनौट गर्ने सामान्य अवस्थाहरूलाई निम्न चार पक्षहरूमा वर्णन गर्न सकिन्छ:
（१） छनोट गरिएको स्टेशन साइटले पानी ऊर्जाको सबैभन्दा किफायती प्रयोग गर्न सक्षम हुनेछ र लागत बचतको सिद्धान्त अनुरूप हुनेछ, अर्थात्, पावर स्टेशन पूरा भएपछि, न्यूनतम लागत खर्च गरिनेछ र अधिकतम बिजुली उत्पादन गरिनेछ। सामान्यतया, लगानी गरिएको पूँजी कति समयसम्म पुन: प्राप्त गर्न सकिन्छ भनेर हेर्नको लागि विद्युत उत्पादन र स्टेशन निर्माणमा लगानीबाट वार्षिक राजस्व अनुमान गरेर यसलाई मापन गर्न सकिन्छ। यद्यपि, फरक जलविज्ञान र स्थलाकृतिक अवस्था र बिजुलीको लागि फरक मागहरूको कारणले गर्दा, लागत र लगानी निश्चित मानहरू द्वारा सीमित हुनु हुँदैन।
(२) छनोट गरिएको स्टेशन स्थलमा उत्कृष्ट स्थलाकृतिक, भूगर्भीय र जलविद्युतीय अवस्था हुनुपर्छ, र डिजाइन र निर्माणमा सम्भव हुनुपर्छ। साना जलविद्युत स्टेशनहरूको निर्माण निर्माण सामग्रीको सन्दर्भमा सकेसम्म "स्थानीय सामग्री" को सिद्धान्त अनुरूप हुनुपर्छ।
(३) प्रसारण उपकरणमा लगानी र बिजुली नोक्सानी कम गर्न छनोट गरिएको स्टेशन साइट विद्युत आपूर्ति र प्रशोधन क्षेत्रको सकेसम्म नजिक हुनुपर्छ।
(४) स्टेशन स्थल छनोट गर्दा, अवस्थित हाइड्रोलिक संरचनाहरू सकेसम्म धेरै प्रयोग गरिनेछ। उदाहरणका लागि, सिँचाइ च्यानलहरूमा जलविद्युत स्टेशनहरू निर्माण गर्न पानीको थोपा प्रयोग गर्न सकिन्छ, वा सिँचाइ प्रवाह प्रयोग गरेर बिजुली उत्पादन गर्न सिँचाइ जलाशयहरू नजिक जलविद्युत स्टेशनहरू निर्माण गर्न सकिन्छ, आदि। किनभने यी जलविद्युत स्टेशनहरूले पानी हुँदा बिजुली उत्पादन गर्ने सिद्धान्तको पालना गर्न सक्छन्, तिनीहरूको आर्थिक महत्त्व बढी स्पष्ट छ।